FR2479417A1 - Monitor for liq. fuelled burner responding to air flow - uses propeller in combustion air stream to drive generator whose output is compared to activate solenoid valves in fuel lines - Google Patents
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Abstract
Description
L'invention concerne un procédé de contrôle et un dispositif de sécurité pour brûleur a' combustible fluide, plus particulièrement -pour brûleur alimenté en air par un ventilateur, notamment pour installation de chauffage de locaux. The invention relates to a control method and a safety device for a fluid fuel burner, more particularly for a burner supplied with air by a fan, in particular for a space heating installation.
Dans les installations de chauffage de locaux, on utilise en général des brûleurs a gaz ou à fuel, alimentés en air par un ventilateur. Ce ventilateur prélève en général l'air ambiant par une canalisation dans laquelle est prévu un volet de contrôle. Ce volet est entr'ouvert lors du fonctionnement au ralenti du brûleur, et il est complètement ouvert lorsque le brûleur doit fonctionner a pleine charge. In space heating installations, gas or oil burners are generally used, supplied with air by a fan. This fan generally draws ambient air through a duct in which a control flap is provided. This shutter is ajar when the burner is operating at idle, and it is fully open when the burner is to operate at full load.
Pour l'allumage du brûleur, il est prévu une sécurité : on vérifie en effet l'existence d'une pression d'air à la tête du brûleur, au moyen d'un pressostat, de façon à eviter l'alimentation en combustible du brûleur en cas de panne du ventilateur. Mais ce contrôle d'une pression d'air est Insuffisant. En effet, si le brûleur est bouché, il peut exister une pression mais il n'y a pas d'é roulement d'air et le bon fonctionnement du brûleur est compromis. A safety device is provided for lighting the burner: in fact, the existence of air pressure at the head of the burner is checked by means of a pressure switch, so as to avoid supplying fuel to the burner in case of fan failure. But this control of an air pressure is Insufficient. In fact, if the burner is blocked, there may be pressure, but there is no air flow and the proper functioning of the burner is compromised.
En outre, ce contrôle de la présence d'une pression d'air dans le brûleur est effectué pendant un temps determiné, de l'ordre de 30 s. à 1 mn, de façon à assurer un prébalayage de la chambre de combustion avant l'allumage du brûleur. Ce prébalayage est imposé par des conditions de sécurité : en effet, si du combustible est présent dans la chambre de combustion au moment de l'allumage du brûleur, on peut avoir des explosions dangereuses, I1 est donc admis qu'un volume d'air au moins égal à quatre fois le volume de la chambre de combustion doit assurer un balayage préalable de celle-ci avant l'allumage du brûleur. I1 y a quelques années, avec un certain type d'installations, ce prébalayage correspondait à environ 30 s.Ce temps de prébalayage est resté usuel bien que les volumes des chambres de combustion aient été depuis considérablement réduits. I1 en résulte que ce prébalayage imposé indépendamment des nécessités propres du brûleur, entrain une ventilation à froid de la chaudière et une déperdition de calories importante et d'autant plus coûteuse que le temps de fonctionnement du brûleur est réduit. In addition, this check for the presence of air pressure in the burner is carried out for a determined time, of the order of 30 s. at 1 min, so as to ensure a pre-sweep of the combustion chamber before the ignition of the burner. This pre-sweep is imposed by safety conditions: in fact, if fuel is present in the combustion chamber at the time of the ignition of the burner, it is possible to have dangerous explosions, It is therefore accepted that a volume of air at least four times the volume of the combustion chamber must ensure that it is scanned before the burner is ignited. A few years ago, with a certain type of installation, this pre-sweeping corresponded to approximately 30 s. This pre-sweep time remained usual although the volumes of the combustion chambers have since been considerably reduced. I1 follows that this pre-sweeping imposed independently of the specific needs of the burner, results in cold ventilation of the boiler and a significant loss of calories and all the more costly as the operating time of the burner is reduced.
Par ailleurs, il existe des installations à deux régimes de chauffage par exemple, alimentées en combustible par deux canalisations différentes. Ces installations ont en général un seul ventilateur et la position du volet de réglage de l'arrivée d'air est liée aux conditions de fonctionnement du brûleur : régime faible, volet entr'ouvert ; régime fort, volet ouvert. C'est un thermostat d'ambiance par exemple qui déclenche à la fois l'ouverture du volet et l'alimen- tation en combustible par la deuxième canalisation lorsque le régime fort est requis.Dans ce cas, un pressostat permet de s'assurer qu'une pression dtair suffisante existe dans le brûleur, mais cette pression ne correspond pas forcément à un débit d'air et la sécurité du contrôle n'est pas absolue
I1 existe également ce qu'il est convenu d'appeler des brûleurs modulants, c'est-à-dire des brûleurs qui assurent différents niveaux de chauffe en fonction des besoins. Dans ces brûleurs, l'alimentatjon en combustible est en général contrôlée par uhe vanne à ouverture réglable. L'alimentation en air est assurée, de son côté, par un ventilateur dont le débit est contrôlé par un volet d'ouverture réglable, asservi mécaniquement à la commande de la vanne d'alimentation en combustible.Furthermore, there are installations with two heating regimes for example, supplied with fuel by two different pipes. These installations generally have a single fan and the position of the air intake control flap is linked to the operating conditions of the burner: low speed, flap ajar; strong regime, open flap. It is a room thermostat for example which triggers both the opening of the shutter and the supply of fuel by the second pipe when high speed is required. In this case, a pressure switch ensures a sufficient air pressure exists in the burner, but this pressure does not necessarily correspond to an air flow and the safety of the control is not absolute
There is also what is known as modulating burners, that is to say burners which provide different levels of heating as required. In these burners, the fuel supply is generally controlled by an adjustable opening valve. The air supply is provided by a fan whose flow is controlled by an adjustable opening flap, mechanically controlled by the control of the fuel supply valve.
Avec ce dispositif, la corrélation entre ltalimen tation en air et l'alimentation en combustible est assurée de façon mécanique par une tringlerie complexe, mals non contrôlée de façon satisfaisante. With this device, the correlation between the air supply and the fuel supply is ensured mechanically by a complex linkage, which is not satisfactorily controlled.
L'invention a pour but d'éviter les inconvénients des installations existantes en contrôlant la présence non pas d'une pression mais d'un débit d'air dans le brûleur, en contrôlant la durée du prébalayage de la chambre de combustion en fonction de la quantité d'air soufflé dans la chambre et en contrôlant différents niveaux de débit d'air dans lo brûleur pour autoriser différents niveaux d'alimentation on combustible. The object of the invention is to avoid the drawbacks of existing installations by controlling the presence not of a pressure but of an air flow in the burner, by controlling the duration of the pre-sweep of the combustion chamber as a function of the amount of air blown into the chamber and controlling different levels of air flow in the burner to allow different levels of fuel supply.
La présente invention a pour objet un procédé de contrôle pour brûleur à combustible fluide, du type dans lequel un ventilateur assure l'alimentation en air du brûleur et une électrovanne contrôle l'alimentation en combustible du brûleur, caractérisé en ce que : on mesure le débit d'air dans le brûleur sous forme d'un signal alternatif de fréquence proportionnelle à la vitesse d'écoulement de l'air, et on utilise ce signal pour commander l'électrovanne d'ali- tentation du brûleur en combustible. The present invention relates to a control method for a fluid fuel burner, of the type in which a fan ensures the air supply to the burner and a solenoid valve controls the fuel supply to the burner, characterized in that: the air flow through the burner in the form of an alternating signal of frequency proportional to the air flow speed, and this signal is used to control the fuel burner supply solenoid valve.
Selon l'invention
- le signal alternatif est redressé pour assurer la charge d'un condensateur dont la tension aux bornes est comparée à une tension de référence dans un comparateur, le signal de sortie du comparateur étant utilisé pour commander l1électrovanne
- on utilise le signal alternatif de fréquence proportionnelle à la vitesse d'écoulement de ltair dans le brûleur pour commander par l'intermédiaire d'un filtre passe-haut l'ouverture d'une deuxième électrovanne d'alimentation du brûleur en combustible
- on asservit au débit d'air dans le brûleur la commande des différents régimes d'alimentation du brûleur en combustible.According to the invention
the alternating signal is rectified to charge a capacitor whose terminal voltage is compared to a reference voltage in a comparator, the comparator output signal being used to control the solenoid valve
- using the alternating frequency signal proportional to the air flow speed in the burner to control the opening of a second fuel burner supply solenoid valve via a high-pass filter
- the air flow in the burner is controlled by the control of the various fuel supply regimes of the burner.
L'invention a également pour objet un dispositif de sécurité pour brûleur à combustible fluide, du type dans lequel un ventilateur assure l'alimentation en air du brûleur et une électrovanne contrôle l'alimentation en combustible du brûleur, caractérisé en ce qu'il comporte : des moyens pour mesurer le débit d'air dans le brûleur et produire un signal dont la fréquence est proportionnelle à la vitesse d'écoulement de l'air dans le brûleur, des moyens pour transformer ledit signal de fréquence en une tension, des moyens pour comparer cette tension à une tension de référence et des moyens pour commander, à partir du résultat de la compa- raison, ltélectrovanne d'alimentation du brûleur en combustible. The invention also relates to a safety device for a fluid fuel burner, of the type in which a fan ensures the air supply to the burner and a solenoid valve controls the fuel supply to the burner, characterized in that it comprises : means for measuring the air flow in the burner and producing a signal whose frequency is proportional to the speed of flow of the air in the burner, means for transforming said frequency signal into a voltage, means for comparing this voltage with a reference voltage and means for controlling, from the result of the comparison, the solenoid valve for supplying the burner with fuel.
Selon l-Invention :
- les moyens pour mesurer le débit diapir sont constitués par une sonde cinémométrique couplée N un alternateur monophasé ;
- la sonde cinémométrique est constItuée par une roue ailettes placée dans le brûleur, et l'alternateur par un moteur de compteur horaire
- les moyens pour transformer le signal de fréquence cn une tension sont constitués par un pont redresscur chargeant un condensateur
- les moyens pour comparer la tension aux bornes du condensateur et la tension de référence sont constitués par un comparateur dont la sortie change d'état lorsque la tension aux bornes du condensateur dépasse la tension de référence
- les moyens de commande de l'électrovanne sont constitués par un relais dont la bobine est alimentée par la sortie du comparateur et dont le contact ferme le circuit d'alimentation de la bobine de commande de l'électrovanne
- la constante de temps de charge du condensateur est déterminée pour que le comparateur change d'état après un temps suffisant pour que le prébalayage de la chambre de combustion soit assuré
- le signal alternatif est appliqué également .: un filtre passe-haut dont la sortie commande un relais de fer meture du circuit d'alimentation électrique de la deuxième électrovanne d'alimentation du brûleur en combustible.According to the invention:
the means for measuring the diapir flow rate consist of a kinemometric probe coupled to a single-phase alternator;
- the kinometric probe is constituted by a fin wheel placed in the burner, and the alternator by an hour meter motor
the means for transforming the frequency signal cn into a voltage are constituted by a rectifier bridge charging a capacitor
the means for comparing the voltage at the terminals of the capacitor and the reference voltage are constituted by a comparator whose output changes state when the voltage at the terminals of the capacitor exceeds the reference voltage
the solenoid valve control means consist of a relay, the coil of which is supplied by the output of the comparator, and the contact of which closes the supply circuit of the solenoid valve control coil
- the charging time constant of the capacitor is determined so that the comparator changes state after a sufficient time for the pre-purging of the combustion chamber to be ensured
- the alternating signal is also applied: a high-pass filter, the output of which controls an iron relay, sets up the electrical supply circuit for the second fuel burner supply solenoid valve.
A titre d'exemple et pour faciliter l'intelligence de la description, on a représenté au dessin annexé
Figure 1 un schéma symbolique d'un exemple de réalisation d'un dispositif de contrôle de l'alimentation on air d'un brûleur à combustible fluide -' un seul régime de chauffage, selon l'invention ;
Figure 2 un schéma symbolique d'un exemple de réalisation d'un dispositif de contrôle de l'alimentation en air d'un brûleur à combustible fluide à deux régimes de chauffage selon l'invention.By way of example and to facilitate the understanding of the description, there is shown in the accompanying drawing
Figure 1 a symbolic diagram of an embodiment of a device for controlling the air supply of a fluid fuel burner - 'a single heating regime, according to the invention;
Figure 2 a symbolic diagram of an exemplary embodiment of a device for controlling the air supply of a fluid fuel burner with two heating regimes according to the invention.
En se reportant au dessin, on peut voir un brûleur a gaz ou à fuel symbolisé en 2 asec .3a canal a on d'alimenta- tion en combustible fluide 24. Dans le canal d'arrivée d'air est prévue une sonde célérimétrique 1, qui pout ôtre so@@ un anémomètre, soit une petite turbine, soit une roue à aubes ou à ailettes par exemple. Cette sonde entraîne un petit alternateur 3 monophasé qui délivre une tension alternative dont la fréquence est sensiblement proportionnelle à la vitesse d'écoulement de l'air dans le canal du brûleur. Cette tension alternative est redressée par le pont redresseur 4 pour charger un condensateur 5.La tension U aux bornes du condensateur 5 est appliquée à une entrée d'un comparateur 6 qui reçoit sur son autre entrée 7 une tension do référence V. Referring to the drawing, one can see a gas or oil burner symbolized in 2 asec. 3a on a channel for supplying fluid fuel 24. In the air intake channel is provided a celerimetric probe 1 , which can be yours @@ an anemometer, either a small turbine, or a paddle wheel or fin for example. This probe drives a small single-phase alternator 3 which delivers an alternating voltage whose frequency is substantially proportional to the speed of flow of air in the burner channel. This alternating voltage is rectified by the rectifier bridge 4 to charge a capacitor 5. The voltage U at the terminals of the capacitor 5 is applied to an input of a comparator 6 which receives on its other input 7 a voltage do of reference V.
Lorsque la tens on U du condensateur 5 dépasse la tens' on de référence V, le comparateur 6 change d'état de sortie et alimente la bobine 9 d'un relais dont le contact 10 ferme le circuit d'alimentation électrique, symbolisé en 8 entre les deux bornes a et b d'une source classique de la botine 15 d'une électrovanne 16 contrôlant l'arrivée de combustible au brûleur par la canalisation 24. When the tens on U of the capacitor 5 exceeds the reference tens' on V, the comparator 6 changes the output state and feeds the coil 9 of a relay whose contact 10 closes the electrical supply circuit, symbolized at 8 between the two terminals a and b of a conventional source of the boot 15 of a solenoid valve 16 controlling the supply of fuel to the burner via the line 24.
La constante de temps de charge du condensateur 5 est déterminée pour que le comparateur 6 change d'état après un temps suffisant pour que le prébalayage de la chambre do combustion soit assuré dans des conditions de sécurité satisfaisantes. Le temps nécessaire pour que la tension U aux bor- ncs du condensateur 5 atteigne la valeur de la tension de référence V est lié à la vitesse d'écoulement de l'air dans le brûleur, c'est-à-dire au volume d'air qui a balayé la chambre de combustion. The charging time constant of the capacitor 5 is determined so that the comparator 6 changes state after a time sufficient for the pre-sweeping of the combustion chamber to be ensured under satisfactory safety conditions. The time necessary for the voltage U at the terminals of the capacitor 5 to reach the value of the reference voltage V is related to the speed of flow of the air in the burner, i.e. to the volume d air that swept through the combustion chamber.
Le rcste du dispositif d'allumage et de sécurité, nécessaire à la surveillance du fonctionnement du brûleur, est supposé connu et n'a pas été représenté. The rcste of the ignition and safety device, necessary for monitoring the operation of the burner, is assumed to be known and has not been shown.
Le cas dc la f figure 2 est relatif à un brûleur
deu arrIvées dc combustible, correspondant à deux régimes dc fonctionnement du brûleur Dans le cas du régime faible, seule l'alimentation en combustible par la canalisation 24 est assurée (comme dans le cas de la figure 1). Dans le cas du régime fort, l'alimentation en combustible par la deuxième canalisation 25 est, elle aussi assurée. Les références 1 à 16 ct 24, correspondent à la figure 1. La conduite 18 d'arrivée d'air au ventilateur du brûleur 2 est munie d'un volet ou papillon 17 dont l'ouverture complète est commandée par un thermostat 19 qui contrôle la demande de chaleur.La deuxième canalisation 25 d'alimentation en combustible est contrôlée par une électrovanne 22 dont la bobine 21 est dans un circuit 20 d'alimentation électrique entre les bornes a et b d'une source classique. Ce circuit 20 comporte un premier contact 23 dont la fermeture est commandée par le thermostat 19 on même temps que l'ouverture du volet 17. Le deuxième contact 14 est commandé par la bobine 13 d1un relais.The case of Figure 2 relates to a burner
two fuel inlets, corresponding to two operating modes of the burner In the case of the low system, only the supply of fuel through the line 24 is ensured (as in the case of FIG. 1). In the case of the strong regime, the fuel supply by the second line 25 is also ensured. References 1 to 16 ct 24, correspond to FIG. 1. The pipe 18 for the air inlet to the burner fan 2 is provided with a flap or butterfly valve 17 whose complete opening is controlled by a thermostat 19 which controls the heat demand. The second fuel supply pipe 25 is controlled by a solenoid valve 22, the coil 21 of which is in a circuit 20 for electric supply between the terminals a and b of a conventional source. This circuit 20 comprises a first contact 23, the closing of which is controlled by the thermostat 19 at the same time as the opening of the shutter 17. The second contact 14 is controlled by the coil 13 of a relay.
Lorsque le thermostat 19 commande l'ouverture du volet 17 et la fermeture du contact 23, le ventilateur du brûleur 2 peut souffler une plus grande quantité d'air. La sonde 1 détecte alors une vitesse dtecoulement supérieure et l'alternateur 3 délivre un signal de fréquence supérieure. When the thermostat 19 controls the opening of the shutter 17 and the closing of the contact 23, the fan of the burner 2 can blow a greater quantity of air. The probe 1 then detects a higher flow speed and the alternator 3 delivers a higher frequency signal.
Ce signal est appliqué à un filtre 11 du type passe-haut, qui est relié à. un amplificateur 12.This signal is applied to a filter 11 of the high pass type, which is connected to. an amplifier 12.
Lorsque la vitesse de l1air dans le brûleur est suffisante, le filtre 11 délivre un signal de sortie qui, amplifié par l'amplificateur 12, alimente la bobine 13 d'un relais dont le contact 14 se ferme. L'électrovanne 22 s'ouvre alors car sa bobine 21 est alimentée, et le combustible est délivré au brûleur par la canalisation 25. When the air speed in the burner is sufficient, the filter 11 delivers an output signal which, amplified by the amplifier 12, feeds the coil 13 of a relay whose contact 14 closes. The solenoid valve 22 then opens because its coil 21 is supplied, and the fuel is delivered to the burner through the pipe 25.
Le dispositif selon l'invention permet donc de contrôler que le débit d'air au brûleur est suffisant pour satlsfaire los besoins correspondant à une demande accrue do chaleur. Le contact 23, commandé par le thermostat 19, assure la fermeture dc l'électrovanne 22 lorsque le besoIn de chaleur supplémentaire disparait et apporte une sécurité supplémentaire à l'allumage au cas où le volet 17 ne s'ouvrirait pas,
Avec le dispositif de la figure 2, on peut réali- ser la commande dtun brûleur à deux régimes car on disposc de deux seuils de déclenchement indépendants: un premier seuil défini par la tension de référence V ct un deuxième seuil défini par la fréquence dc coupure F du filtre passe- haut 11.The device according to the invention therefore makes it possible to control that the air flow rate to the burner is sufficient to satisfy the needs corresponding to an increased demand for heat. The contact 23, controlled by the thermostat 19, closes the solenoid valve 22 when the need for additional heat disappears and provides additional ignition safety in the event that the flap 17 does not open,
With the device in FIG. 2, it is possible to control a burner at two speeds because there are two independent triggering thresholds: a first threshold defined by the reference voltage V ct a second threshold defined by the cut-off frequency F of the high-pass filter 11.
On peut également fixer le deuxième seuil on amplitude plutôt qu'on fréquence, en définissant un deuxième circuit analogue à celui do la figure 1, mais dont la ten
Ion de référence sot plus élevée.We can also set the second threshold on amplitude rather than frequency, by defining a second circuit similar to that of Figure 1, but whose ten
Reference ion is much higher.
Dans le cas d'un brûleur modulant à plusiours régimes de chauffe pour grands ensembles immobiliers par exemple, on peut prévoir une série de circuits à seuils, correspondant ; diverses positions du volet 17 contrôlant l'allmentation en air. Il est copendant assez difficile de prévoir beaucoup de canalisations d'arrivée de combustible (gaz ou fuel) dans un brûlour. Il est alors préférable d'ut@liser une soule canalisation d'allmentation en combus @@ble, contrôlée par une vanne à ouverture réglable. In the case of a modulating burner with several heating regimes for large building complexes for example, a series of corresponding threshold circuits can be provided; various positions of the flap 17 controlling the air supply. It is therefore quite difficult to foresee a lot of fuel (gas or fuel) inlet pipes in a burner. It is then preferable to use a single fuel supply line, controlled by an adjustable opening valve.
Le dispositif selon l'invention est alors très bien adapté car on peut commander l'ouvorture de la vanne en fonction de la fréquence du signal délivré par l'alternateur. On peut ainsi asservir l'ouverture de la vanne au débit d'air au brûlour par l'intermédiaire d'un signal de fréquence proportionnelle à la vitosse d'écoulement de l'air dans le brûleur,
Le schéma de la figure 2 se trouve alors légèrement modifié : le filtre 11 est romplacé par un circuit convertisseur fréquonce-tension ou fréquence-courant qui commande la position du boisseau de la vanne à ouverture réglable, 16 ou 22 par exemple.The device according to the invention is then very well suited since it is possible to control the opening of the valve as a function of the frequency of the signal delivered by the alternator. It is thus possible to control the opening of the valve to the air flow rate to the burner by means of a frequency signal proportional to the air flow through the burner,
The diagram in FIG. 2 is then slightly modified: the filter 11 is replaced by a frequency-voltage or frequency-current converter circuit which controls the position of the valve plug of the adjustable opening valve, 16 or 22 for example.
A titre d'exemple, l'alternateur peut être un moteur de compteur horaire sur l'arbre duquel est fixée une roue à palettes servant d'anémomètre. Une génératrice tachymétrique pourrait être utilisée, mais d'une part elle ne pourrai t pas fournir de s--nal pour le deuxième seuil, et d'autre part sa durée de vie risquerait d'ôtre insuffisante. By way of example, the alternator can be an hour meter motor on the shaft of which is fixed a paddle wheel serving as an anemometer. A tachogenerator could be used, but on the one hand it could not provide signal for the second threshold, and on the other hand its lifespan might be insufficient.
Avec un tel alternateur, qui a un encombrement de l'ordre du centimètre cube, on peut réaliser un dispositif de sécurité assurant le contrôlo d'un prébalayage de la chambre de combustion de l'ordre de 5 à 7 s. par exemple, ce qu@ représente une économie d'énergie très substantielle. With such an alternator, which has a space requirement of the order of a cubic centimeter, it is possible to produce a safety device ensuring the control of a pre-sweep of the combustion chamber of the order of 5 to 7 s. for example, what represents a very substantial energy saving.
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